建筑工程施工课件：土方工程

建筑工程施工课件2007.3.261土方工程主要内容：土方工程量计算、土方工程施工准备与基坑（槽）施工、土方工程的机械化施工、土方回填与压实、爆破施工及土方工程质量标准与安全技术；学习重点：土的工程性质，土的工程性质，土方填筑与压实，土方机械化施工，深基坑施工学习要求:掌握土的工程性质，土方机械化施工，深基坑施工；掌握基坑(槽)、场地平整土石方工程量的计算方法；了解土壁塌方和发生流砂现象的原因及防止方法，爆破工程、土方常见的质量事故及处理；熟悉常用土方施工机械的特点、性能、适用范围及提高生产率的方法；掌握回填土施工方法及质量检验标准。1.1概述1.2土方工程量计算1.3土方工程施工准备与基坑（槽）施工1.4土方工程得机械化施工1.5土方回填与压实1.6爆破施工1.7土方工程质量标准与安全技术工程实践案例1.1概述一、土方工程的分类及特点土方工程分类场地平整基坑（槽）开挖基坑（槽）回填土方施工特点工程量大、劳动强度高。施工条件复杂。受场地限制。二、土的分类与现场鉴别方法在工程上，土根据开挖难易程度分为八类，其中一～四类土为土，五～八类土为岩石。其开挖难易直接影响其施工方案、劳动量消耗和工程费用。松土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。土的工程分类与现场鉴别方法见表1－1所示。表1－1土的工程分类与现场鉴别方法土的分类土的名称可松性系数现场鉴别方法KSK’s一类土(松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)1.08～1.171.01～1.03能用锹、锄头挖掘二类土(普通土)亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土1.14～1.281.02～1.05用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土(坚土)软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土1.24～1.301.04～1.07要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土(砂砾坚土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石1.26～1.321.06～1.09整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤土的分类土的名称可松性系数现场鉴别方法KSK’s五类土(软石)硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩1.30～1.451.10～1.20用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土(次坚石)泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩，泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗岩，片麻岩1.30～1.451.10～1.20用爆破方法开挖,部分用风镐七类土(坚石)大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩1.30～1.451.10～1.20用爆破方法开挖(特坚硬石))安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩1.45～1.501.20～1.30用爆破方法开挖三、土的工程性质土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍然不能恢复成原来体积，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示，即式中KS、KS′——V1——土在天然状态下的体积，m3V2——土挖出后在松散状态下的体积，m3V3——土经压(夯)实后的体积，m3。'32'11(11)(12)ssVVKKVV土的天然含水量土的天然含水量是指土中水的质量与土颗粒质量的百分比。表达式为：式中：m湿——含水状态土的质量，kgm干——烘干后土的质量，kgmW——土中水的质量，kgmS—固体颗粒的质量，kg。土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。-100%100%(13)wsmmmWmm干湿干土的渗透性土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数见表1－2所示。表1－2土的渗透系数参考表土的名称渗透系数(m/d)土的名称渗透系数(m/d)粘土＜0.005中砂5.00～20.00亚粘土0.005～0.10均质中砂35～50轻亚粘土0.10～0.50粗砂20～50黄土0.25～0.50圆砾石50～100粉砂0.50～1.00卵石100～500细砂1.00～5.00四、土方边坡为保证土方工程施工时土体的稳定，防止塌方，保证施工安全，当挖土超过一定的深度时，应留置一定的坡度。边坡可以做成直线形边坡、阶梯形边坡及折线形边坡。其中：称为坡度系数11:/土方边坡坡度hmbbhbmh1.2土方工程量计算土方施工前，通常要计算土方的工程量，根据土方工程量拟定土方施工的方案，组织土方工程的施工。单土方工程的地形往往复杂，不规则，要进行精确计算比较困难。通常都是将其假设或者划分成为一定的几何形状，并采用具有一定精度由于实际情况相近似的方法进行计算。一、基坑（槽）土方量的计算基坑是指长宽比小于等于3的矩形土体，其土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(图1－1)。即式中H——基坑深度，mA1、A2——基坑上、下底的面积，m2；A0—基坑中截面的面积，m2。102((1)4)64HVAAA基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1-2)：V1——第一段的土方量，m3L1——第一段的长度，m。式中V1、V2、……Vn——各段的土方量，m31102(15))(46LVAAA12(16)nVVVV二、场地平整土方计算（一）场地设计标高的确定设计标高选择，需考虑以下因素：（1）满足生产工艺和运输的要求；（2）尽量利用地形，以减少挖方数量；（3）尽量使场地内挖填平衡，以降低土方运输费用；（4）有一定泄水坡度（≥2‰），满足排水要求；（5）考虑最高洪水位的要求。场地的设计标高，可根据挖填平衡的原则确定。1.初步计算场地设计标高方格网法：方格的角点标高，一般根据地形图上相邻两等高线的标高用插入法求得；无地形图时，也可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。一般说来，理想的设计标高，应该使场地的土方在平整前和平整后相等而达到挖方和填方的平衡场地设计标高计算简图a）地形图上划分方格；b）设计标高示意图1—等高线；2—自然地面；3—设计标高平面；2.计算设计标高的调整值所计算的标高，纯系一理论值，实际上，还需考虑以下因素进一步进行调整:（1）土具有可松性；（2）填(挖)影响；（3）边坡填挖量不等；（4）就近弃土于场外，或将部分填方就近取土于场外挖填土的变化。3.考虑泄水坡度对设计标高的影响由于排水要求，场地表面场有一定的泄水坡度。因此，还需根据场地泄水坡度的要求（单面泄水或双面泄水），计算出场地内各方格角点实际施工时的设计标高。00(18)(19)nnxxyyHHliHHlili（二）场地土方量的计算1.方格网法：1）四个角点挖（填）方2）两个角点填方，另外两个角点挖方3）一个角点填（挖）三个角点挖（填）方2.断面法:公式法;累高法(三)边坡土方量的计算三角棱体:V=1/3A1L1A1=1/2mh2三角棱柱体:V=1/2(A1+A2)l4或V=1/6(A1+4A0+A2)四角全填（全挖）相邻两角为挖，另两角为填三角填（挖），另一角挖（填）表1.3常用方格网点计算公式项目图式计算公式一点填方或挖方(三角形)两点填方或挖方(梯形)三点填方或挖方(五角形)四点填方或挖方(正方形)32312366hbchVbcahV当b=a=c时，=1324()()248()()248hbcaVabchhhdeaVadehh22123()25()25hbcVahhhbca221234()44aaVhhhhh【例1.1】某建筑场地方格网如图1.7所示，方格边长为20m×20m，填方区边坡坡度系数为1.0，挖方区边坡坡度系数为0.5，试用公式法计算挖方和填方的总土方量。【解】(1)根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高，计算结果列于图1.8中。由公式1.8得：h1=251.50-251.40=0.10h2=251.44-251.25=0.19h3=251.38-250.85=0.53h4=251.32-250.60=0.72h5=251.56-251.90=-0.34h6=251.50-251.60=-0.10h7=251.44-251.28=0.16h8=251.38-250.95=0.43h9=251.62-252.45=-0.83h10=251.56-252.00=-0.44h11=251.50-251.70=-0.20h12=251.46-251.40=0.06(2)计算零点位置。从图1.8中可知，1—5、2—6、6—7、7—11、11—12五条方格边两端的施工高度符号不同，说明此方格边上有零点存在。1—5x1=4.55(m)2—6x1=13.10(m)6—7x1=7.69(m)7—11x1=8.89(m)11—12x1=15.38(m)将各零点标于图上，并将相邻的零点连接起来，即得零线位置，如图1.8。(3)计算方格土方量。方格Ⅲ、Ⅳ底面为正方形，土方VⅢ(+)=202/4×(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3)VⅣ(-)=202/4×(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)方格Ⅰ底面为两个梯形，土方量为：VⅠ(+)=20/8×(4.55+13.10)×(0.10+0.19)=12.80(m3)VⅠ(-)=20/8×(15.45+6.90)×(0.34+0.10)=24.59(m3)方格Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ底面为三边形和五边形，VⅡ(+)=65.73(m3)VⅡ(-)=0.88(m3)VⅤ(+)=2.92(m3)VⅤ(-)=51.10(m3)VⅥ(+)=40.89(m3))VⅥ(-)=5.70(m3)∑V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34(m3)∑V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26(m3)(4)边坡土方量计算。如图1.9，④、⑦按三角棱柱体计算外，其余均按三角棱锥体计算，依式1.11、1.12可得：V①(+)=0.003(m3)V②(+)=V③(+)=0.0001(m3)V④(+)=5.22(m3)V⑤(+)=V⑥(+)=0.06(m3)V⑦(+)=7.93(m3)V⑧(+)=V⑨(+)=0.01(m3)V⑩=0.01(m3)V11=2.03(m3)V12=V13=0.02(m3)V14=3.18(m3)边坡总填方量：∑V(+)=0.003+0.0001+5.22+2×0.06+7.93+2×0.01+0.01=13.29(m3)∑V(-)=2.03+2×0.02+3.18=5.25(m3)（四）土方调配原则力求达到挖、填平衡和运距最短的原则；土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则；土方调配应采取分区与全场结合来考虑的原则；土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工结合；选择适当的调配方向、运输路线，使土方机械和运输车辆的功效能得到充分发挥。1.3土方工程施工准备与基坑(槽)施工一、施工准备及定位放线（一）施工准备工作：1.场地清理；2.地面水排除（二）定位放线：1.建筑物定位；2.放线二、土壁稳定土体内摩阻力和粘结力保持平衡）（一）土壁塌方原因：边坡过陡；堆物过重；水渗入土体。（二）采取措施：放足边坡；适当堆物；做好排水。三、基坑开挖与支护（一）浅基坑开挖民用与工业建筑：浅基坑，规模小，易施工，问题少高层建筑：大面积深